DE3319843A1

DE3319843A1 - Verfahren zur herstellung von pyrimidinen aus nitrilen und alkinen

Info

Publication number: DE3319843A1
Application number: DE19833319843
Authority: DE
Inventors: Ali-Akbar Dipl.-Chem. Dr. 4300 Mülheim Pourzal
Original assignee: POURZAL ALI AKBAR DIPL CHEM DR
Current assignee: POURZAL ALI AKBAR DIPL CHEM DR
Priority date: 1983-06-01
Filing date: 1983-06-01
Publication date: 1984-12-06

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON
PYRIMIDINEN AUS NITRILEN UND ALKINEN Beschreibung Die Erfindung betrifft ein grundsätzlich neues Verfahren zur Herstellung von Pyrimidinen aus einfachen Ausgangsstoffen, bei milden Arbeitsbedingungen und guten Ausbeuten.
Neben den klassischen Pyrimidinsynthesen ist zwar u.a. von Kröhnke et al, Chem. Ber. 97 (1964).1163 schon eine Arbeitsweise beschrieben, unter milden Bedingungen in relativ guter Ausbeute Pyrimidine herzustellen, allerdings ist der präparative Aufwand erheblich und die Ausgangsverbindungen teilweise nur unter schwierigen Bedingungen herstellbar.
Das vorliegende Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 beschreitet einen prinzipiell anderen Weg und beruht auf einer Cocylotrimerisierung, der möglicherweise das folgende Reaktionsschema zugrunde liegt.
In den Formeln haben R1, R2 und R3 die im Patentanspruch 1 definierte Bedeutung. Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Phosphorsäure liefert die Protonen für den ersten Schritt der Reaktion. Es wird vermutet, daß der BF3-Katalysator eine Destabilisierung der ON-Bindung im Nitril bewirkt und damit die weiteren Reaktionsschritte bis zum Endprodukt erleichtert. Das Nitril dient auch als Lösungsmittel für die Umsetzung.
Im nachstehenden sind die Grundtypen und einige ausgewählte Verbindungsklassen, wie sie bevorzugt im beanspruchten Verfahren eingesetzt werden, zusammengestellt, ohne daß damit eine Beschränkung auf diese Formeln gegeben ist.
Erfindungsgemäß einzusetzende Nitrile der allgemeinen Formel (2) können sein: mit RI als geradkettiger oder verzweigter Alkylrest, z.B. Methyl, Ethyl, iso-Propyl, n-Propyl, tert-Butyl usw. oder ein cycloaliphatischer Rest, z.B. Cyclopentyl, Cyclohexyl oder ein Phenylrest bzw. ein kernsubstituierter Phenylrest, wobei der Substituent in ortho-, meta- oder para-Stellung stehen kann und ein C1-C5-Alkyl ist, z.B.
Selbstverständlich können in der Formel (4) die Methylgruppen auch durch C2-C5-Alkylgruppen und/oder aromatische Reste ersetzt werden, jedoch enthält die Struktur nicht mehr als 18 C-Atome.
Besonders geeignet sind die aromatischen Nitrile vom Typ der Formol R mit R1, RII Wasserstoff oder C1-C5-Alkyl, wie Methyl, Ethyl, Propyl, iso-Butyl, n-Pentyl usw. oder auch -CH2-C6H5.
RI und RII können gleich oder verschieden sein, bevorzugt sind z.B.
Des weiteren sind im erfindungsgemäßen Verfahren auch Nitrile vom Typ der Struktur (7) gut geeignet: mit RI wie in Formel(6).
Allgemein sind alle Nitrile geeignet, welche in 6-Position kein Wasserstoffatom aufweisen und bei Reaktionstemperatur als Lösungsmittel für das Alkin wirken können.
Für die Herstellung der Pyrimidine der Formel (1) ist neben den Nitrilen auch ein Alkin der Formel (3) erforderlich (siehe auch Anspruch 1).
Insbesondere haben sich folgende Alkine als besonders gut geeignet in dem beanspruchten Verfahren erwiesen: (8) CH3 - C=C- R1 mit RI = Wasserstoff, C1-C5-Alkyl, wie Methyl, Ethyl, Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, tert-Butyl und Pentyl, aromatische Strukturen vom Typ wobei R11 Wasserstoff oder ein Alkyl wie R1 sein kann. Es kann z.T. von Vorteil sein, die CH3-Gruppe in (8) durch Wasserstoff zu ersetzen.
Des weiteren eignen sich auch die aromatischen Alkine oder Alkine mit heterocyclischen Substituenten, wie mit RI und RII für Wasserstoff oder C1-C5-Alkyl. RI und RII können gleich oder verschieden se-in; oder kondensierte Ringsysteme vom Typ mit R1 und R11 die gleiche Bedeutung wie in Formel (9) bzw. (10), ganz bevorzugt oder Wasserstoff und/oder Methyl.
Eine weitere wichtige Klasse von Verbindungen sind die Cyclischen Alkine vom Typ worin RIII eine C6-C16-Alkylenkette ist, insbesondere Cyclooctin sein kann, jedoch auch Cyclodecin oder Cyclododecin.
Die Reaktion läßt sich problemlos bei Temperaturen zwischen OOC bis 400C durchführen. Oberhalb von 400C sinkt die Ausbeute an Pyrimidinen rasch ab, unterhalb OOC sind viele Nitrile fest bzw.
die Reaktionsgeschwindigkeit zu gering. Da die Nitrile im vorliegenden Verfahren im großen Überschuß vorhanden sind, ist davon auszugehen, daß bei erhöhter Temperatur als Konkurrenzreaktion zu der Cocylotrimerisierung von 2 Molen Nitril mit 1 Mol Alkin eine Cyclotrimerisierung des Nitrils stattfindet, so daß überwiegend 1,3,5-Triazin entsteht. Des weiteren kann bei noch höherer Temperatur als Konkurrenzreaktion eine Hydratisierung der Substrate zu Ketonen bzw. Säureamiden auftreten.
Die Verwendung der durch das vorliegende Verfahren hergestellte Pyrimidine ist allgemein bekannt, z.B. als Arznei- bzw. Pflanzenschutzmittel oder in Flüssigkristallen.
Beispiele 1 bis 17 Allgemeine Darstellungsmethode von (1) aus (2) und (3) Zum Nitril (300 mmol) tropft man unter Eiskühlung und gutem Rühren den Katalysatorb) (30 g); maximale Innentemperatur 200C.
Zu dieser Mischung läßt man in Nitril (100 mmol) gelöstes Alkin (40 mmol) tropfen (30 min). Man läßt das gelb-braune Gemisch noch 30 Minuten bei 20"C rühren. Dann wird mit Natriumchloridlösung (100 ml) versetzt, mit Toluol (3 x 70 ml) extrahiert, mit Natriumcarbonatlösung neutralisiert und über Magnesiumsulfat getrocknet.
Nach Abzug des Toluols destilliert man überschüssiges Nitril im Vakuum (0,1 Torr) ab, versetzt den Rückstand mit Ethanol (50 -80 ml) und läßt kurz aufkochen. Beim Abkühlen im Eisbad erhält man das Pyrimidin als farblosen Feststoff, der durch Umkristallisieren aus Ethanol kristallin anfällt (Nitrile, Alkine und Ausbeuten siehe Tabelle).
a) Im Falle von 4-Methylbenzonitril (F = 26 - 28au) tropft man langsam bei 25 - 30°C zu.
b) Zur Herstellung des Katakysators leitet man in 85 %ige Phosphorsäure (100 g) bis zur Sättigung Bortriflurid (etwa 105 g) ein.

Tabelle

Beispiel R R R Ausbeutef %

1 2 3

1 C H H C,H5 76

3 06H5 02H5 06H5 72

4 C6H5 06H5 06115 58

5 06115 CH3 3-CH3-C6H4 64

6 06H5 CH3 4-CH3-C6H4 67

7 n-04H9 H 06115 73

8 n-04H9 H 3-CH3-C6H4 65

9 n-C5H11 H 3-CH3-C6H4 63

10 CH3 CH3 06H5 69

11 (0112)6 06H5 64

**

12 t-C4Hg H 06115 51

13 03H7 H C6H5** 68

**

14 C6H5 CH3 t-C4Hg 47

**

15 04119 H t-C4Hg 42

16 v H 06H5 57

17 X H 06115 54

* isolierte Ausbeute, bezogen auf eingesetztes Alkin ** tert-Butyl

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Herstellung von Pyrimidinen der allgemeinen Formel (1) worin R1, R2 Wasserstoff, gerad- oder verzweigtkettige Cl-Cl5-Kohlenwasserstoffe, ein cyclischer Kohlenwasserstoff mit 5 - 10 C-Atomen, mit R'= C1 - C5-Alkyl ist und R1 und R2 gleich oder verschieden sein können oder R1 und R2 eine cycloaliphatische Ringstruktur mit 6 - 18 C-Atomen bilden können und R3 ein Rest der Formel oder ein tert. Kohlenwasserstoffrest mit 4 bis 18 C-Atomen sein kann, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Nitril, das in 6-Position kein Wasserstoffatom hat, der allgemeinen Formel (2) (2) R3-0-N mit einem Alkin der allgemeinen Formel (3) (3) R1-C#C- R2 im Nitril als Lösungsmittel bei Temperaturen zwischen OOC und 400C in Gegenwart einer 75 bis 90 %igen Phosphorsäure/BF3-Katalysator umgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine 85 %ige Phosphorsäure eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionstemperatur 20 - 25°C beträgt.
4. Verfahren nach Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß R3 ein Phenyl- oder tert-Butylrest ist.